논문 전문 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544218321571
[출처] Zhendong Zhang, Xiangdong Kong, Yuejiu Zheng, Long Zhou, Xin Lai,
Real-time diagnosis of micro-short circuit for Li-ion batteries utilizing low-pass filters,Energy,Volume 166,2019,Pages 1013-1024,ISSN 0360-5442,https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.160.
※ The picture and content of this article are from the original paper.
[논문요약]
Real-time diagnosis of micro-short circuit for Li-ion batteries utilizing low-pass filters
해당 논문은 CDM(Cell Difference Model)을 기반으로 OCV를 추정하여 진단을 하는 연구입니다.
기존에 몇번이나 언급된 컨셉이니 만큼 특이한 점은 없으나, Low pass filter를 통해 smoothing을 높여준다던가(이것도 일반적인 기술), SOC/온도 불균형상태에서 검증을한다던가 하는 몇가지 추가적인 방법론을 적용하였습니다.
Purpose
1RC ECM을 기반으로 CDM(Cell Difference Model)을 만들고, Terminal Voltage를 통해 OCV를 역추적하고 LPF로 Smoothing하여 셀 간 OCV편차를 통해 진단을 하고자 합니다.
보통 ISC, MSC 진단 논문들을 보면 왜 이런것들이 생기는지에 대한 메커니즘에 집중한다기 보다는, 이런것들이 발생하여 나오는 Effect중 하나인 SOC 불균형을 기반에 두고 이것을 Detecting 하고자하는데요
이부분은 참 아쉽습니다. 소잃고 외양간 고치는 격이기 때문입니다. 이미 문제가 발생한게 자명하게 SOC 편차로 눈에 보이는걸 진단해서 뭘할까요? 이게 Academy와 Industry 연구의 차이입니다.
대부분 ISC/ESC 논문들은 셀별로 SOC를 10%씩 벌려놓고 본인들 기술이 진단했다~ 이런식입니다.
그런데 SOC가 애초에 10%씩 차이가나면 그들의 기술 필요없이 전압편차만으로도 진단이 됩니다. 그냥 허울만 좋을 뿐 본인들도 쓸모없는 기술이라는것을 애초에 인지하고 있는것이죠
Contents
이 논문의 Alpha to Omega 입니다.
해당 논문은 Median Cell을 Reference로 잡습니다. 평균값일 경우 Outlier를 포함할 수 있기 때문이라고 합니다.
이후, Median 셀과 나머지 셀들의 Polarization을 역산하고, 이를 통해 각 셀별 OCV를 추정합니다.
이렇게 얻어진 OCV를 SOC로 맵핑하여 SOC편차를 진단하는 논문입니다.
해당 논문은 대표적으로 3가지 차이를 보는데요
SOC/OCV/MSC-Resistance입니다. MSC Resistance를 구하는 과정에서 RLS 필터가 쓰이는데,
SOC편차분에 해당하는 ISC/MSC로 인한 용량차이를 재귀함수를 돌리면서 ISC/MSC에 의해 발생하는 전류가 얼마인지를 간접추정해내는 방식입니다.
즉, RLS 필터를 통해 I_MSC를 얻어내고 이것을 전압과 연산하여 최종적으로 MSC-Resistance를 구해냅니다.
결과는 당연한 수준입니다.
애초에 SOC가 엄청나게 차이가 두는 셀들을 기반으로 실험을 진행했기에, Terminal Voltage 차이가 많이나고, 이는 당연히 OCV차이로 이어지게 됩니다.
MSC Current/Resistance도 마찬가지입니다. 애초에 차이가 엄청나게 큰 셀들을 가지고 비교를했으니, 문제가 있는 셀을 정확하게 걸러내는것 처럼 보입니다. 하지만, 이건 결국 좌측 맨위의 Voltage Difference만 봐도 애초에 진단을 할 수 있는 상태이기에 의미가 없습니다.
Results
한분야에 대해 어느정도 논문을 읽다보면 논문의 내용은 다 거기서 거기입니다.
하지만 특히 MSC 진단 이쪽 분야는 검증을 하는 방식도 천편일률적이라, 별로 보고싶지 않은 경우가 많습니다.
셀에 외부저항을 누가봐도 문제가있게 달아서, 전압 비교를 한다던가 혹은 이 논문과 같이 SOC 편차를 애초에 엄청나게 과대하게 두고 셀간 차이를 진단했다 이런식입니다.
이것이 가장 쉬운 검증방법이기 때문입니다. 검증하는 척만 하는거죠
실제로 검증이 되려면 MSC를 발생시킨 셀 몇개를 정상셀과 섞어 한개 배터리 팩으로 만들고, 여러 충방전 패턴을 뛴 후 점차 발생하는 차이를 얼마나 조기에 진단할 수 있는지, 이런식이 되어야 한다고 생각합니다.
이 논문은 그런면에서, 방법론적이나 검증방법이나 기존의 모든 문제점과 선행연구들을 그대로 답습한 읽지 않아도 되는 논문입니다. 오히려 이 논문의 리뷰어가 궁금할 정도로, 이렇게 흔하디 흔한 방법론과 허접한 검증방법을 보고 거르지 않았나라는 의구심이 들 정도입니다.
참조
[1] Zhendong Zhang, Xiangdong Kong, Yuejiu Zheng, Long Zhou, Xin Lai,
Real-time diagnosis of micro-short circuit for Li-ion batteries utilizing low-pass filters,Energy,Volume 166,2019,Pages 1013-1024,ISSN 0360-5442,https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.160.
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